УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ОБРАЗЦА ТОПЛИВА Российский патент 1998 года по МПК F23N5/08 

Изобретение относится к технике испытаний горючих материалов, а именно к устройствам для измерения скорости горения образцов топлива, горящего параллельными слоями, например полимерного композиционного материала (ПКМ).

Известно устройство для измерения скорости горения ПКМ, содержащее герметичную камеру сгорания, размещенный в ней в бронированном стакане образец ПКМ с двумя сигнальными металлическими нитями, расположенными на известном контрольном расстоянии Δl друг от друга в отверстиях, просверленных в образце перпендикулярно его оси, многоканальный регистратор с отметчиком времени [1]. Данное устройство является малоэффективным, так как обеспечивает за один опыт получение только одного значения скорости горения U путем деления длины контрольного участка Δl на время Δt между регистрируемыми многоканальным регистратором моментами перегорания металлических нитей при движении фронта горения:
Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для измерения скорости горения ПКМ, содержащее герметичную камеру сгорания с размещенным в ней в бронированном стакане образцом топлива торцевого горения и светопроводом, выполненным из материала прозрачного в видимой и ИК-областях спектра и установленным внутри образца по оси последнего с расположением входа и выхода соответственно со стороны открытого и термоизолированного торцов образца топлива, приемник излучения, примыкающий к выходному концу световода, регистратор с отметчиком времени [2].

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, включают герметичную камеру сгорания с размещенным в ней в бронированном стакане образцом топлива торцевого горения и световодом, выполненным из материала, прозрачного в видимой области спектра, и установленным по оси последнего с расположением входа и выхода со стороны открытого и термоизолированного торцев образца топлива, приемник излучения, примыкающий к выходному концу световода, регистратор с отметчиком времени.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в пониженной информативности, так как за одно испытание определяется всего два - три значения скорости горения u, соответствующих давлению среды P_с= conct в камере сгорания, что затрудняет оценку неравномерности горения топлива в процессе сжигания, а также приводит к необходимости проводить дополнительно большое количество огневых испытаний образцов топлива из данного ПКМ, чтобы установить закон горения последнего.

Низкая информативность обусловлена тем, что в прототипе светопровод имеет форму ступенчатого бруса, а образование числа ступенек n > 2-3 при малых поперечных размерах бруса представляет трудную задачу.

Сущность изобретения заключается в следующем. Изобретение направлено на решение задачи создания устройства, позволяющего увеличить число результатов измерения скорости горения за один опыт, что, в свою очередь, позволяет оценить неравномерность горения топлива в процессе сжигания образца и сократить сроки и стоимость испытаний, связанных с установлением закона исследуемого ПКМ.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в осуществлении модуляции потока излучения, выводимого из фронта горения к приемнику излучения, благодаря чему обеспечивается увеличение количества результатов измерений скорости горения.

Данный технический результат достигается тем, что устройство содержит герметичную камеру сгорания с размещенным в ней в бронированном стакане образцом топлива торцевого горения из полимерного композиционного материала и светопроводом, выполненным из материала, прозрачного в видимой области спектра, и установленным по оси последнего с расположением входа и выхода со стороны открытого и термоизолированного торцев образца топлива, приемник излучения, примыкающий к выходному концу светопровода, регистр с отметчиком времени, светопровод выполнен из материала, сублимирующего в зоне горения со скоростью, равной скорости горения образца топлива, например из оргстекла, и содержит ряд отверстий, причем геометрические оси отверстий перпендикулярны геометрической оси светопровода.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения скорости горения образца топлива. На фиг. 2 показаны осциллограммы сигналов приемника излучения (кривая 1) и отметчика времени (кривая 2).

Устройство содержит образец топлива 1 с установленным по его оси светопроводом 2 с рядом отверстий, причем образец покрыт по боковой поверхности бронирующим покрытием 3, за исключением переднего торца, и помещен в камеру сгорания большого объема 4, заполненную инертным газом под определенным давлением P_с.

Давление P_с контролируется датчиком давления 5 (например, типа ЛХ-410). На одной оптической оси со светопроводом 2 размещен приемник излучения 6 (например, типа ФД-9Э111), сигнал которого усиливается усилителем 7, выполненным на основе известной схемы, приведенной на стр. 35 [3]. Выход усилителя и датчик давления через тензостанцию 8 подключены к отдельным входам многоканального регистратора 9 с отметчиком времени (например, светолучевого осциллографа H - 700). Регистратор осуществляет запись во времени усиленных сигналов приемника излучения h_ic=f(t), датчика давления h_ig=f(t) и отметчика времени в виде синусоидальной кривой с периодом Δ = 0,02c. (фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

При воспламенении с помощью электрозапала открытой (передней) поверхности образца топлива из ПКМ начинается процесс горения образца параллельными слоями, при котором фронт горения, оставаясь перпендикулярным оси образца, перемещается влево. При достижении фронтом горения переднего торца светопровода, выполненного из оргстекла, поток излучения Φ_io из фронта горения выводится в виде потока Φ_i к приемнику излучения 6, который формирует пропорциональный Φ_i электрический сигнал, отображаемый на осциллограмме (кривая 1 на фиг. 2) в виде отклонений h_ic от нулевой линии, прописанной на фотоленте при отсутствии поток Ф_i.

Светопровод выполнен из оргстекла СОЛ или СТ2 [4], сублимирующего (минуя стадию плавления) при высоких температурах (1500^oC и выше) в зоне горения ПКМ с образованием газообразных продуктов, очищающих поверхность светоприемного конца светопровода от загрязнений. В связи с низкой теплопроводностью ПКМ сублимирует только тонкий слой светопровода, находящийся в реакционном слое, где собственно и протекает процесс горения. При этом оргстекло сохраняет свою прозрачность в процессе горения топлива. Однако коэффициент пропускания светопровода τ по причине непрерывного укорочения светопровода, происходящего синхронно с укорочением образца топлива, непрерывно возрастает, что приводит к непрерывному возрастанию потока излучения Φ_i, электрического сигнала на выходе приемника излучения и ординаты h_ic на осциллограмме h_ic= f(t).

Так как в светопроводе имеются отверстия, нарушающие сплошность материала светопровода, то при достижении фронтом горения каждого из этих отверстий наблюдается мгновенное изменение потока ΔΦ_io из-за различия оптических свойств материала светопровода и газа, находящегося в плоскости отверстия. Это изменение вызывает появление на кривой 1 (фиг.2) остроконечного импульса (пика), причем число пиков соответствует числу отверстий в светопроводе.

Измерив на осциллограмме интервалы времени Δt_i, соответствующие соседним пикам, и зная расстояние Δl_i между соседними отверстиями, находят значения скорости горения:

для разных участков сгоревшего образца топлива.

При большом количестве отверстий в светопроводе число получаемых значений U_i также значительно, что обеспечивает увеличение объема измерительной информации, получаемой за одно огневое испытание образца топлива.

Список использованных источников информации.

1. Синаев К. И., Казбан Б.М. Лабораторные работы по внутренней баллистике. Казань, изд-во Казанского химико-технологического института, 1968.

2. Игнатьев Б.С. Игнатьев М.Б., Дадиомов Ю.Р., Стафейчук Б.Г., Ямов А.И. Усовершенствованный фотоэлектрический метод измерения скорости горения полимерных композиционных материалов. Международная научно-техническая конференция "Перспективные химические технологии и материалы" (тезисы докладов), Пермь, 1997.

3. Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях. Киев, Техника, 1983.

4. Мельников Ю.Ф. Светотехнические материалы. М.: "Высшая школа", 1976.

Область техники: относится к технике испытаний горючих материалов, а именно к устройствам для измерения скорости горения образцов топлива, горящего параллельными слоями, например полимерного композиционного материала (ПКМ). Технический результат заключается в осуществлении модуляции потока излучения, выводимого из фронта горения к приемнику излучения, что увеличивает количество результатов измерений скорости горения. Данный технический результат достигается тем, что устройство содержит герметичную камеру сгорания с размещенными в ней образцом топлива торцевого горения внутри бронированного стакана и светопроводом, выполненным из материала, прозрачного в видимой области спектра, и установленным по оси последнего с расположением входа и выхода со стороны открытого и термоизолированного торцов образца топлива, приемник излучения, примыкающий к выходному концу светопровода, и регистратор с отметчиком времени, светопровод выполнен из материала, сублимирующего в зоне горения со скоростью, равной скорости горения образца топлива, и содержит ряд отверстий, причем геометрические оси отверстий перпендикулярны геометрической оси светопровода, образец топлива выполнен из полимерного композиционного материала. 2 ил.

Устройство для измерения скорости горения образца топлива, содержащее герметичную камеру сгорания с размещенными в ней образцом топлива торцевого горения, расположенного внутри бронированного стакана, и светопроводом, выполненным из материала, прозрачного в видимой области спектра, и установленным по оси стакана с расположением входа и выхода со стороны открытого и термоизолированного торцов образца топлива, приемник излучения, примыкающий к выходному концу светопровода, и регистратор с отметчиком времени, отличающееся тем, что светопровод выполнен из материала, сублимирующего в зоне горения со скоростью, равной скорости горения образца топлива, причем в светопроводе выполнено несколько отверстий, геометрические оси которых перпендикулярны геометрической оси светопровода.